Тема 2.1. Применение сажи

Технический углерод применяется в качестве усиливающего компонента в производстве резин и других пластических масс. Около 70 % всего выпускаемого техуглерода используется в производстве шин, ~20 % в производстве резино-технических изделий. Остальное количество находит применение в качестве чёрного пигмента; замедлителя «старения» пластмасс; компонента, придающего пластмассам специальные свойства: (электропроводные, способность поглощать ультрафиолетовое излучение, излучение радаров).

Углеродные сажи добавляются в полимеры для:

•Армирования эластомеров, что позволяет улучшить механические свойства. На протяжении многих лет шины армировались только углеродной сажей, но в настоящее время ей составляет конкуренцию осаждённый диоксид кремния.

•Световой защиты: небольшие количества позволяют остановить ультрафиолетовые лучи на поверхности, но при этом получается темно-серое или же черное окрашивание.

•Окрашивания.

•Повышения проводимости: разработаны специальные проводящие сажи для того, чтобы делать проводимыми от природы изолирующие полимеры.

Сажа широко применяется в лакокрасочной промышленности для изготовления черных и серых красок и эмалей. Большие количества сажи расходуются также в полиграфии для изготовления печатных красок и в электротехнической промышленности для производства щеток и электродов.

Как уже было сказано выше, основное количество производимого технического углерода потребляется в резинотехнической промышленности.

В резинотехнических изделиях сажа является усилителем. Без сажи предел прочности каучука на разрыв составляет 10-45 кг/см², а с добавлением сажи - 200-250 кг/см².

Усиливающее действие техуглерода в составе полимеров во многом обусловлено его поверхностной активностью. Такое действие сажи является усиливающим. Наибольший усиливающий эффект проявляется у сажевых частиц размером 200-300 А.

Механизм усиления каучука сажей может быть объяснён способностью последней в процессе изготовления резиновой смеси переводить часть каучука в нерастворимое состояние, т. е. связывать каучук. Связывание каучука происходит адсорбционными силами поверхности сажи, а также, возможно, в результате химического взаимодействия между сажей и кау­чуком.

Установлено, что молекулы каучука свернуты в клубки, имеющие сферическую форму. При введении сажи в каучук молекулы его распрямляются и вместе с сажевыми частицами образуют более прочные структуры.

В смесях, содержащих сравнительно мало сажи, сажевые структуры изолированы друг от друга. При увеличении содер­жания сажи создаются структуры, пронизывающие каучук по всем направлениям. Наличие таких структур с прочными свя­зями между сажевыми частицами приводит к увеличению прочности всей системы – к усилению каучука.

Необходимо отметить, что сажа нашла применение для изготовления электрических сопротивлений, сухих элементов, в производстве граммофонных пластинок, различных изделий из пластмасс, черной светонепроницаемой и копировальной бумаги, лент для пишущих машин, косметической промышленности и т.д.